板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件的开发与应用

基于考虑全面的铸坯传热凝固模型和有限差分数值方法，开发了CISDI板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件CCPS0FFLINE。该软件内嵌一维传热和二维传热两大计算模块，包含正向仿真预测、二冷水量优化、二冷回归分析、结晶器振动参数计算和切割定尺计算等重要功能模块。软件具有强大的计算功能，能获得包含铸坯温度场分布状况、铸坯应变分布情况、铸坯凝固生长规律、铸坯热流散失情况、轻压下控制工艺参数、结晶器窄面锥度、铸流锥度、板坯质量缺陷判断以及钢种两相区凝固特性等与板坯连铸浇注过程密切相关的冶金信息。软件具有较好的适用性和通用性，已成功应用于多台板坯连铸机的工程设计实践之中。     

基于实测温度的结晶器瞬态传热反问题计算方法

基于结晶器监控系统实测瞬态温度,建立结晶器传热与铸坯凝固反问题计算模型,利用实测温度反算结晶器/铸坯热流密度,并在此基础上模拟分析结晶器温度分布及铸坯凝固进程。经大量实测瞬态数据的检验,证实了模型与计算方法的合理性。铸造过程中,结晶器/铸坯间的热流、温度与坯壳厚度分布均呈现出显著的非均匀性特点,在铸造方向上具有继承倾向。反问题模型能够反映结晶器内部传热的非均匀特征,及时体现工艺变化过程中传热/凝固的瞬态波动,为其应用于过程监控和工艺优化提供理论及模型基础。     

镀锡基板板坯连铸传热分析

针对某钢厂板坯连铸的实际生产情况,考虑铸坯的遗传特性,建立板坯连铸的二维传热分析模型。根据铸坯的传热和运行特点,利用有限元软件ANSYS对连铸坯在结晶器和二次冷却区的凝固传热过程进行了模拟,分析了不同工艺条件对铸坯传热的影响。通过模型计算所得热流与冷却水量、进出口水温差等数据进行对比,对对流传热系数进行反复修正,使模型更加吻合实际生产。     

应用Fluent对40Cr管坯水平连铸过程中温度场及传热的研究

以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.分析结果表明:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.35 m/min,浇注温度T=1540℃,中间包过热度△T=36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效地分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,制定合理的拉坯工艺参数,减少管坯缺陷的发生,提高铸坯质量.     

铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的数值模拟

将铸铁水平连铸中圆坯凝固过程的整个传热系统作为模拟对象,采用自由热收缩模型计算铸坯与结晶器的界面传热系数,从非稳态传热的角度并按照柱坐标系中二维传热的方式进行铸坯凝固过程的数值模拟,在数值计算中,采用静、动坐标系相结合的方法,使铸坯传热的控制方程得以简化且便于耦合处理结晶器与铸坯的温度场计算,由此确立的模拟方法可用于模拟不同尺寸的圆坯在各种工艺条件下的凝固过程。     

应用Fluent对水平连铸40Cr管坯温度场分布及传热的研究

本文以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V＝2.35(m/min),浇注温度T＝1540℃,中间包过热度ΔT＝36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

连铸圆坯结晶器传热凝固特征的研究

本文搜集、统计、分析了三种断面圆坯的连铸结晶器的冷却水量、水温升、平均热流密度及其它有关参数。通过实际数据找到了结晶器内的铸坯凝固系数k与拉坯速度V的关系,即k∝V~(0.064)。作者还观测了铸坯凝壳,分析了其凝固特点。本文还导出了圆坯连铸结晶器铜管温度分布的计算式。     

圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题.根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程.计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度.计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求.     

连铸结晶器内热-力耦合状态有限元模拟

针对碳钢在连铸结晶器内的凝固过程,考虑铸坯和钢板间接触状态,建立了完全热力耦合的二维非稳态有限元模型,利用ＭＡＲＣ软件在微机上求解。模拟出了结晶器区域热和力学状态,包括铸坯温度场,包括铸坯温度场,应力场,铸坯－钢板界面热流和气隙分布规律等,本模拟工作可为优化结晶器锥度、开发高拉速曲面结晶器提供理论依据和技术基础。     

连铸圆坯结晶器的热流计算与讨论

基于结晶器温度和热流实测数据,采用反算法模拟了圆坯结晶器热流场,清楚显示出热流沿结晶器纵向和周向不均匀不对称分布特征．利用得出的热流场数据,拟合得到沿结晶器纵向、周向和铸坯间的热流公式,其中考虑了拉速和结晶器安装状态的影响,并与已发表的经验公式进行了对比．采用的反算模拟方法和拟合的热流公式有助于实现连铸结晶器热流的可视化,以及由于指导连铸过程中的热流分析和事故分析．     

连铸结晶器温度场和应力场的有限元分析

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用。根据小方坯结晶器的传热特点,利用六面体八节点单元,建立了三维非稳态有限元传热数学模型,并用FORTRAN开发了相应的程序,对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时建立结晶器相应的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力和铜板的变形。结果表明,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大;多锥度结晶器更适合结晶器的变形特点。     

薄板坯连铸保护渣的研制

通过对保护渣理化性能、熔化特性的基础研究，确定了适合高拉速薄板坯连铸用保护渣的组成及成分范围。利用数值仿真建立的传热数学模型确定的保护渣熔化温度、粘度被实践证明是合理的，这为保护渣的研究提供了理论依据。通过工业性试验的应用证明所研制的保护渣系能满足薄板坯连铸的需要，使用效果良好。     

Heat transfer and solidification analysis in the mould region of a horizontal copper alloy billet continuous caster

Abstract

Mathematical modelling has been widely used as a powerful tool for process design and optimisation of the continuous casting process. A three-dimensional heat transfer model was developed to simulate heat transfer and solidification in a horizontal billet continuous casting system. In this model, the air gap formation and its effect on heat extraction from the billet was also modelled and considered. The developed model was run to simulate the heat transfer and solidification for an industrial billet casting machine. The predicted temperature distribution within the mould and billet was compared with those measured on an industrial caster and good agreement was obtained. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of different parameters on the temperature distribution and solidification profile within the cast brass billet. Finally, the secondary dendrite arm spacing (SDAS) was determined experimentally and a semi-empirical correlation between measured SDAS and corresponding calculated cooling rate was proposed for continuously cast brass billet.     

热型连铸制备CuAlNi形状记忆合金组织研究

通过热型连铸技术制备具有柱状组织的CuAlNi形状记忆合金，从改变组织的结构达到改善该合金的各种性能的目的；研究柱状组织CuAlNi形状记忆合金组织对性能的影响，并且分析该合金性能提高的原因。试验证明：热型连铸工艺制备具有柱状组织CuAlNi形状记忆合金，可以为以后连续生产提供一种优良的方法。     

新型气膜约束成形铝合金连续铸锭的研究

设计了一种新型气膜约束铝合金连铸结晶器,在结晶器与初凝壳之间可以形成气膜.设计思想是减少结晶器内的横向散热,形成连铸坯近似单向散热的条件,降低结晶器内的液穴深度,缩短初凝壳长度,从而减少或消除铝合金连铸坯内部缺陷,提高铝合金连铸坯内外品质.对新型结晶器与传统结晶器进行了传热数值模拟,证明凝固温度场发生很大变化.利用新型结晶器对7075铝合金进行了连铸试验,在气膜稳定平衡的条件下,连铸坯表面光滑.探讨了拉速、气体流量和气体压力的关系及其对连铸坯品质的影响,在液面高度稳定时,控制气体流量可以控制气膜的稳定性.     

连铸凝固传热过程的数值模拟

研究和开发了连铸凝固传热过程数值模拟程序,并以生产厂的铸坯为研究对象,计算了铸坯断面温度分布和凝固壳厚度,该模型考虑了结晶器表面散热的不均匀性,处理了凝固时相变所产生的结晶潜热,将计算出的断面温度、坯壳厚度等数据与生产实验测得的数据相比较,吻合性很好.他可用来优化连铸工艺参数,是进一步开发在线控制模型的基础.     

Heat Flow in Moulds for Castings with Rectangular Corners

Heat flow from casting to mould was analysed to determine the effect of rectangular corners on the total heat absorption by the mould. It was found that mould heat absorption can be calculated by the rule of summation of plane and corner contributions. The rule, however, cannot readily be used for predicting the solidification time of a casting as a whole unless a satisfactory estimate of the heat to be removed from the casting before solidification is possible. Nevertheless, the knowledge will find use in improving the present method of numerical simulation of solidification.     

小方坯高速连铸结晶器温度场和应力场的有限元模拟

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用.根据小方坯结晶器的传热特点,应用三维非稳态有限元传热数学模型对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时利用六面体八节点单元,建立结晶器的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大.结果表明,合适的结晶器厚度为10mm.     

HRB335小方坯脱方的原因分析及控制轧制

脱方是小方坯连铸常见的质量缺陷,一般认为结晶器磨损严重,钢水在结晶器内冷却不均匀,以及二冷喷嘴状况不佳,二次冷却不均匀等是脱方的主要原因。分析了新疆八一钢铁股份有限公司（以下简称八钢）第一炼钢厂2号连铸机HRB335钢连铸坯脱方的成因：一是HRB335钢水过热度较高,相比过热度较低的HPB235,其坯壳厚度比HPB23...